Bugüne kadar üç büyük bilim kuramı geliştirildi. Newton’un mekaniği, Einstein’in göreliliği, Planck’ın kuantum mekaniği. Bugün geçmiş yüzyıllara göre daha iyi bir dünyada yaşadığımızı kabul ediyorsak bu üç bilim insanına hemen her şeyimizi borçlu olduğumuzu itiraf etmeliyiz. Bu üç kuram, fiziki evrendeki neredeyse her şeyi açıklama potansiyeline sahiptir.
Çıplak gözle görebildiğimiz, kulaklarımızla duyabildiğimiz, ellerimizle dokunabildiğimiz normo evreni yani yaşam dünyamızı klasik fizik açıklar. Normal gündelik yaşamımızı klasik fizik yasalarına göre süreriz. Teleskoplarla görebildiğimiz galaktik büyüklükteki makro evreni görelilik fiziği açıklar. Elektron mikroskoplarıyla görebildiğimiz küçüklerin dünyasını, yani mikro evreni kuantum fiziği açıklar.
Klasik fiziğin başarıları: Teknoloji
Newton klasik mekaniği, alışkanlıklarımız ve sağduyumuza tam uygun, normal ve orta boy cisimler evrenini açıklar; gözle görülür bir mezoskopik teknoloji meydana getirir. Dubai’deki dünyanın en yüksek binası Burç Halife’nin nasıl oluyor da kendi üzerine çökmediğini ya da sert hava akımlarına direndiğini merak ediyorsanız klasik fizik okuyabilirsiniz.
Isınan ve soğuyan cisimlerin, motorların, buz dolaplarının, ampullerin, radyo ve mıknatısların hareketleri de klasik fiziğin açıklama evrenindedir. Sanayi devriminden beri mühendisler; tenis topları, gıcırtılı oyuncaklar, ocaklar, buz küpleri, mıknatıslar, elektrik telleri, uydular, uzay istasyonları, arabalar, trenler, denizaltıları, binalar, gökdelenler, köprüler gibi gündelik nesneleri klasik fizik formülleri kullanarak inşa ederler.
Şöyle söyleyeyim: Çıplak gözle görebilecek kadar büyük her şeye klasik hareket yasaları hükmeder. Modern yaşamın teknolojik konforunu önemli ölçüde Newton’a, onun yasalarını kullanarak elektromanyetizmayı geliştiren Maxwell’e borçluyuz. Fakat daha sofistike teknolojiler için başka büyük bir fizikçiye teşekkür etmeliyiz: Max Planck’a.
Kuantum fiziğinin başarıları: Nanoteknoloji
Planck’ın kuantum mekaniği, alışkanlıklarımız ve sağduyumuza aykırı, tuhaf ve sıra dışı bir atom altı parçacıklar evrenini açıklar. Zerrecikler ve taneciklerin kullanıldığı bir mikroskopik teknoloji meydana getirir.
Kuantum fizikçisi Chad Orzel’e göre kuantum mekaniği olmasaydı bugünkü yaşam imkansız olurdu. Elektronun kuantum niteliği anlaşılmamış olsaydı bilgisayarlarımızı çalıştıran yarı iletken yongaların yapılması da imkansız olurdu. Hatta ışığın ve atomun kuantum niteliği anlaşılmamış olsaydı fiber optik iletişim hatlarından mesaj göndermek için kullandığımız lazerlerin yapılması imkansız olurdu. CD’ler, DVD’ler, güneş panelleri, fiber optikler, transistorlar, bilgisayarlar, kuantum bilgisayar, akıllı telefonlar, kuantum mikroskopları, yarı iletken kullanan elektronik teknolojiler, telekominikasyon, tost makineleri, floresan lambaları, manyetik görüntüleme ve daha fazlası.
Tüm bunlar bugün nanoteknoloji diye adlandırılan özel bir çalışmanın ürünleri. Kuantum teknoloji terimi, tıpkı bulanık mantık gibi kafa karıştırıcı olabileceği endişesiyle nanoteknoloji diye adlandırılmıştır.
Hayvanların kuantal donanımları
Kuantumdan sadece insanlar yararlanmıyor, hayvanlar da etkin biçimde kuantum prensiplerinden faydalanıyorlar. Avrupa Robin’i gibi kuşlar göç etmek için kuantum dalgalanmaları kullanıyorlar. Bu kuşların gözlerinde, kripto-krom denen ışığa duyarlı bir protein var. Foton, kuşun gözüne girince kriptokroma çarpar ve gözdeki moleküller hareket geçer. Bu moleküller kuşun, yeryüzündeki kuzey ve güney kutbu arasında oluşan manyetik yön haritasını görmesini sağlar. Bazı böceklerin ve kertenkelelerin de bu manyetik pusulayı kullandıkları düşünülüyor.
Atom saatleri ve navigasyon sistemleri
Küresel konumlandırma sistemleri, kuantum fiziğinin kullanıldığı bir başka alandır. Navigasyonlar uydulara bağlı çalışır, uydular ise fotonlara. Her bir uyduda, kuantum fiziğine göre çalışan atom saatleri bulunur. Kısacası dijital çağda harikalar yaratan tüm muhteşem başarıların ardında kuantum foton teknolojisi gibi diğer kuantal prensipler vardır.
21. yüzyıl teknolojileri
Kuantum fiziği başta kulağa bir fanteziymiş, bir kurguymuş gibi gelir. Ancak gördüğümüz gibi test edilebilen hatta teknolojiye dönüştürülen bir bilimdir. Öyle bir bilim ki insanlığın şimdiye kadar yaptığı en büyük keşif veya icat olmaya aday kuantum hesaplamayı mümkün kılıyor. Einstein’ın “hayaletvari etki” diyerek inceden inceye dalga geçtiği uzaktan etki ve dolanıklıkla birlikte gözlemci etkisi, kopyalama yasağı ve tünelleme etkileri şimdilerde güçlü iletişim sistemleri ve kırılamaz şifreleme teknikleri geliştirmek için kullanılıyor. Çözmek için binlerce yıl gerektiren bazı esaslı sorunların kuantum teknolojilerle kolayca çözülebileceğini umuyoruz.
